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Nanotechnologies

Initiative Nano-INNOV

Jean-Frédéric CLERC

CEA /Direction de la Recherche Technologique

26 novembre 2009

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Sommaire

Le périmètre des nanotechnologies

Spécialités et connaissances transverses

Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique

Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE

Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies

L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

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Périmètre des nanotechnologies

Nanotechnologies = échelle de 1 nanomètres à 100 nanomètres

1 nanomètre

Propriétés originales de certains arrangements particuliers d’atomes(de quelques atomes à quelques milliers d’atomes)

Nanotube de carboneFullerène

Atome de carbone

1 Angstrom

Atome hélium

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Nanosciences = comprendre les propriétés inédites que présentent certains assemblages particuliers d’atomes et de molécules

Nanotechnologies= maîtriser l’assemblage des atomes et des molécules, fabriquer des nano-objets capables de réaliser des fonctions particulières

Dans nano-INNOV, on ajoute que les nanotechnologies comprennent

l’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits / systèmes

Périmètre des nanotechnologies

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Sommaire

Le périmètre des nanotechnologies

Spécialités et connaissances transverses

Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique

Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE

Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies

L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

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Les nanotechnologies : trois spécialités et quatre compétences transverses

MATERIAUX BIOTECHNOLOGIESELECTRONIQUE

IMAGINER/PREVOIRNano-Modélisation

VOIR/CONTROLERNano-Caractérisation

IDENTIFIER ET REGLEMENTER LES USAGESSécurité des nanos

TIC(Technologies de

l’information)

INGENIERIE(Mécanique, Energie, Transports, Chimie…)

BIOLOGIE, SANTE(Biotechnologies)DOMAINES

APPLICATIFS

SPECIALITES

CO

MPE

TEN

CES

TR

AN

SVER

SALE

S

REALISER /PRODUIRENano-Fabrication

Nano-Elec Nano-Mat Nano-Bio

Nano-Simul

Nano-LabNano-Fab

Nano-Carac

Nano-Safe

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Les nanotechnologies : trois spécialités et quatre compétences transverses

MATERIAUX BIOTECHNOLOGIESELECTRONIQUE

IMAGINER/PREVOIRNano-Modélisation

VOIR/CONTROLERNano-Caractérisation

IDENTIFIER ET REGLEMENTER LES USAGESSécurité des nanos

ENJEUX SOCIETAUX

SPECIALITES

CO

MPE

TEN

CES

TR

AN

SVER

SALE

S

REALISER /PRODUIRENano-Fabrication

Nano-Elec Nano-Mat Nano-Bio

Nano-Simul

Nano-LabNano-Fab

Nano-Carac

Nano-Safe

SociétéDe la connaissance Croissance Verte

Diagnostic précoce,Médecine

personnalisée

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Sommaire

Le périmètre des nanotechnologies

Spécialités et connaissances transverses

Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique

Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE

Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies

L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

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1ère perspective: société de la connaissance

Perspective à 20-30 ans :

Internet du monde réel

infrastructure numérique et de communication très puissante+

connexion des objets entre eux

Renforcement de la bataille sur la Nanoélectronique :

support matériel du numérique

support matériel des communications

Diversification des composants électroniques

Puce électroniqueprocesseur

Puce électronique

RF

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Facteurs de compétitivité en nanoélectronique (1/3)

La bataille du ‘scaling’ pour la domination des composants nanoélectroniques est mondiale

Nombre de transistors: + 30% par anCoût par transistor: -20 % par an

Investissements industriels très lourds

2 sites encore compétitifs en Europe

Au niveau International, avantage à Crolles:- Accord IBM- Programme national Nanoélectronique 2012- Coopération avec Léti-MINATEC

Niveau International

IBM ST

SOITEC

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Facteurs de compétitivité en nanoélectronique (2/3)

La bataille économique se joue de plus en plus au niveau du design

• Conception hétérogène (CMOS, puissance, RF, imageurs, MEMs et NEMs, (bio/chimique)fonctionnalisation des surfaces…)

• Co-conception matériel-logiciel

( variabilité des filières sub 32 nm & consommation des SoC >> fabrication de fabriques de calcul multicoeur >> programmation de systèmes parallèles à recnfiguration dynamique)

• Architectures 3D

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Opportunités de diversification des composants électroniques (2/3)

Caen : Eclairage

Tours : Micro sources d’Energie

Toulouse : Electronique de Puissance Le Rousset :

Communications sécurisées

Grenoble/Crolles : MINATEC

Corbeil

Nantes

Les nouveaux marchés (énergie, transport, transactions sécurisées,…)demandent une diversification des composants électroniques

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Sommaire

Le périmètre des nanotechnologies

Spécialités et connaissances transverses

Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique

Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE

Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies

L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

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2ème perspective: croissance verte

Les Nouvelles Technologies pour l’Energie dominantes dans 30 ans(solaire, véhicules électriques,…)

doivent d’abord ‘passer techniquement & économiquement la rampe’

Les nanomatériaux changent la donne

Photovoltaique

batteries pour le véhicule électrique du futur

Nanofils, nanodots,hétérojonctions:passer le seuil des 25% avec des matériaux non rares

Nanomatériaux & électrodes nanostructurées:gagner, par étapes, un facteur 5 à 10 sur le poids des batteries

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années

Nom

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Autonomie du véhicule pour 150 kg de batteries

NiCd ( 45 km)Plomb (30 km)

Véhicule utilitaire faible autonomie

Véhicule électrique années 1990

Véhicule hybrides actuels (microcycles)

LiFePO4 nano poudres

Electrode silicium nanostructuré

NiMH ( 70 km)

Li ion 2010 (150 km)

Li ion 2015 (300km)

L’apport des nanotechnologies pour la performance des batteries

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Intégration de nanofils de silicium dans une cellule photovoltaïque

L’apport des nanotechnologies pour les cellules photovoltaïques

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Sommaire

Le périmètre des nanotechnologies

Spécialités et connaissances transverses

Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique

Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE

Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nanobiotechnologies

L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de nano-INNOV

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3ème perspective: santé

Horizon 2020-2030: diagnostic précoce & suivi thérapeutique personnalisé,

Les nanotechnologies permettent de créer des nano-objets à l’échelle sub-cellulaire(ADN, virus, protéines,…)

Nano-biomarqueurs

Imagerie moléculaire

Test ultra miniaturisés utilisés près du lit du malade

Les cellules tumorales ou pré tumorales sont rendues visibles:aide à la chirurgie

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L’apport des nanotechnologies dans l’imagerie moléculaire

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Sommaire

Le périmètre des nanotechnologies

Perspective d’une société de la connaissance: enjeux pour la nanoélectronique

Perspective d’une croissance verte: enjeux pour les nanomatériaux pour les NTE

Santé (diagnostic précoce et médecine personnalisée): enjeux pour les nano biotechnologies

L’intégration des nanotechnologies dans des nouveaux produits: enjeux de Nano-INNOV

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INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produits

‘Nano enabled’ SYSTEM

Maximum de valeur ajoutée

Reservoird’innovation

Niveau des nanotechnologies

Où se trouve le maximum de valeur ajoutée ?

Silicium nanoLiFePO4 nano

Etape d’intégration des nanosdans les systèmes,

Cruciale !

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INTEGRATION des Nano Technologies dans les nouveaux produits

‘Nano enabled’ SYSTEM

Maximum de valeur ajoutée

Reservoird’innovation

Niveau des nanotechnologies

Design matériel-logicielcentral

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Constat du rapport Nano-INNOV:la France est en retard en matière d’intégration des nanotechnologies

Malgré le niveau scientifique dans le domaine ‘nano’, et malgré la capacité d’intégration exceptionnelle de sociétés commeAirbus, constructeurs automobiles, Thalès,….,

la France est en retard en matière d’intégration des nanotechnologies dans les nouveaux produits

Rapport Nano-INNOV remis en mai 2008 au Président de la république

Besoin de Centres d’Intégration des nanotechnologies puissantssur 3 territoires innovants, notamment Paris Région auprès de System@tic, Moveo, Medicen, Astec

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Les 3 centres d’intégration de Nano-INNOV

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Programmes associés à la création des centres d’intégration Nano-INNOV

la recherche technologique : RT Nano-INNOV

la sécurité face aux nanoparticules

le lien entre nanotechnologies et la société

la formation aux Nanotechnologies

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Programmes de formation retenus en 2009dans le cadre de Nano-INNOV

CNFM

programme en direction lycées et collèges

Principe de Subsidiarité

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Conclusion

L’action du CNFM est essentielle car la compétitivité est avant tout une question de compétences humaines

Le CNFM peut s’appuyer sur les Centres d’Intégration nano-INNOVà trois niveaux:

- identification des nouveaux besoins de formation- moyens technologiques spécifiques pour réaliser des TP dans de nouveaux champs de la connaissance- identification de formateurs